DE19612453C2 - Verfahren zum Bestimmen der in das Saugrohr oder in den Zylinder einer Brennkraftmaschine einzubringenden Kraftstoffmasse - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen der in das Saugrohr oder in den Zylinder einer Brennkraftmaschine einzu­ bringenden Kraftstoffmasse über die Vorgabe des Verbrennungs­ luftverhältnisses im Zylinder.

Luftmassengeführte Motorsteuerungssysteme für Brennkraftma­ schinen benötigen für die Berechnung der Einspritzzeit neben der Drehzahl die in den Zylinder einströmende Frischluftmas­ se. Abhängig von diesen beiden Größen ist in einem Kennfeld eine Basiseinspritzzeit abgelegt. Um die unterschiedlichsten Betriebszustände der Brennkraftmaschine, wie beispielsweise Start, Warmlauf, Vollast, Schubbetrieb usw. bei der Berech­ nung der Einspritzzeit zu berücksichtigen, wirken auf diese Basiseinspritzzeit verschiedene additive und/oder multiplika­ tive Korrekturfaktoren ein, so daß am Ende der Korrekturkette nicht mehr bekannt ist, welches Verbrennungsluftverhältnis im Zylinder durch die Ansteuerung der Einspritzventile reali­ siert wird.

Bei Brennkraftmaschinen soll abhängig vom Betriebspunkt ein definiertes Verbrennungsluftverhältnis eingestellt werden.

Aus der DE 37 41 527 A1 ist ein Steuer-/Regelsystem zum Ein­ stellen des Luft/Kraftstoff-Gemisches einer Brennkraftmaschi­ ne bekannt, die eine dem Abgas der Brennkraftmaschine ausge­ setzte Lambdasonde aufweist, die ein Ausgangssignal abgibt, das ein Maß für die Luftzahl darstellt und einen Grundspei­ cher zum Speichern von Kraftstoffzumeßzeiten in Abhängigkeit von Betriebskenngrößen der Brennkraftmaschine zum Vorsteuern der Brennkraftmaschine auf eine vorgegebene Luftzahl λ auf­ weist. Darüber hinaus ist ein Sollwertspeicher zum Speichern von Sollwerten der Luftzahl in Abhängigkeit von Betriebskenn­ größen der Brennkraftmaschine und eine Regeleinrichtung vor­ gesehen, die in Abhängigkeit eines jeweils gemessenen Aus­ gangssignals der Lambdasonde und eines zugeordneten aus dem Sollwertspeicher ausgelesenen Sollwerts die jeweilige aus dem Grundspeicher ausgelesene Kraftstoffzumeßzeit korrigiert. In dem Sollwertspeicher sind dabei Kehrwerte der Luftzahl λ als Sollwerte gespeichert. Die jeweils aus dem Grundspeicher aus­ gelesene Kraftstoffzumeßzeit wird mit dem zugeordneten, aus dem Sollwertspeicher ausgelesenen Kehrwert der Luftzahl zum Gewinnen einer an eine Änderung der vorgegebenen Luftzahl an­ gepaßte Kraftstoffzumeßzeit multiplikativ verknüpft. Eine Um­ wandlungseinrichtung wandelt die mit Hilfe eines zumindest näherungsweise bekannten sondencharakteristischen Zusammen­ hangs zwischen dem Ausgangssignal der Lambdasonde und der Luftzahl das Ausgangssignal in einen entsprechenden Kehrwert der Luftzahl als Istwert um.

In der WO 89/02524 ist ein Verfahren und eine Einrichtung zur Kraftstoffzumessung bei einer Dieselbrennkraftmaschine be­ schrieben, bei welchem die Kraftstoffmenge im Teillastbereich aus mehrdimensionalen Kennfeldern entnommen wird, im Vollast­ bereich jedoch eine Begrenzung der Kraftstoffmenge mit Hilfe einer Lambdaregelung vorgenommen wird. Zur Ablösung der ver­ schiedenen Methoden der Kraftstoffmengenregelung werden Mini­ malwertauswahlstufen benutzt. Trotz der im System vorhandenen Totzeiten ergibt sich ein dynamisch zufriedenstellendes Lambdaregelsystem, da bis zu einer Abfangkurve eine schnelle Steuerung anschließend an die langsamere Lambdaregelung be­ nutzt wir. Die Verwendung einer Lambdaregelung zur Vollastbe­ grenzung führt zu einem nahezu partikelfreien Abgas. Es fin­ den somit Minimalauswahlen zwischen Kraftstoffmengen statt und nicht Minimal- und Maximalauswahlen verschiedener Lambda­ anforderungen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzu­ geben, mit dem über die Vorgabe des Verbrennungsluftverhält­ nisses die Einspritzzeit und damit die in das Saugrohr oder in den zylinder einzubringende Kraftstoffmasse ermittelt wer­ den kann.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Pa­ tentanspruchs 1 gelöst. Die Lösung hat den Vorteil, daß durch eine Lambdakoordination mittels Minimal- und Maximalauswahl­ verfahren auf einfache Weise ein gewünschter Lambdasollwert eingestellt werden kann. Unter Berücksichtigung dieses Lambdasollwertes ergibt sich eine überschaubare Grundstruktur zur Berechnung der Einspritzzeit und eine Koordination der verschiedenen physikalischen Effekte.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Un­ teransprüchen gekennzeichnet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden unter Bezugnahme auf die schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: ein vereinfachtes Blockschaltbild zum Ermitteln ei­ nes Lambdasollwertes und

Fig. 2: eine Grundstruktur zum Bestimmen der Einspritzzeit auf der Grundlage dieses Lambdasollwertes

Einem Minimalauswahlblock 10 werden als Eingangsgrößen ver­ schiedene Lambdaanforderungen zugeführt, z. B. ein Wert für den Vollastbetrieb der Brennkraftmaschine LAM_FL, ein Wert für den Katalysatorschutz LAM_CATP, ein Wert für den Warmlauf LAM_WUP und ein Lambdabasiswert LAM_BAS, der aus einem Kenn­ feld KF1 in Abhängigkeit der Luftmasse MAF und der Drehzahl N der Brennkraftmaschine festgelegt ist. Die Luftmasse MAF kann dabei mittels eines Luftmassenmessers im Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine erfaßt werden.

In dem Auswahlblock 10 wird eine Minimalauswahl zwischen den Eingangsgrößen getroffen. Beispielsweise wird bei gleichzei­ tiger Anreicherung durch Vollast (Lambdaanforderung LAM_FL) und durch Katalysatorschutzfunktion (Lambdaanforderung LAM_CATP) nur die größere Anreicherung, d. h. der kleinere Lambdawert der beiden Anforderungen ausgewählt.

Die auf diese Weise ermittelte Ausgangsgröße des Auswahlbloc­ kes 10 wird auf einen der beiden Eingänge einer ersten Schalteinrichtung S1 geführt. An dem anderen Eingang dieser Schalteinrichtung liegt eine Lambdaanforderung für Katalysa­ torheizen LAM_CH an. In Abhängigkeit davon, ob eine logische Variable für Katalysatorheizen gesetzt ist oder nicht, wird entweder die Lambdaanforderung LAM_CH oder der Ausgangswert der Minimalauswahlstufe 10 durchgeschaltet.

Die Lambdaanforderung aufgrund der Funktion Katalysatorheizen besitzt also eine höhere Priorität als das Ergebnis der Mini­ malauswahl in der Stufe 10.

Die durch die Schalteinrichtung S1 weitergeleitete Lambdaan­ forderung wird an einen der beiden Eingänge einer zweiten Schalteinrichtung S2 geführt. An dem anderen Eingang der zweiten Schalteinrichtung liegt eine Lambdaanforderung für Einzelzylinderabschaltung LAM_SCC an. Welche der beiden Ein­ gangsgrößen durchgeschaltet wird, hängt von dem Zustand einer logischen Variablen für die Einzelzylinderabschaltung ab. Ist diese Variable gesetzt, die Funktion Einzelzylinderabschal­ tung also aktiv, so wird die Lambdaanforderung LAM_SCC durch­ geschaltet, andernfalls der Ausgangswert der Schalteinrich­ tung S1. Dies bedeutet, daß die Lambdaanforderung aufgrund Einzelzylinderabschaltung eine höhere Priorität zugewiesen wird, als die bereits genannten Lambdaanforderungen.

Die am Ausgang der Schalteinrichtung S2 vorliegende Lambdaan­ forderung ist Eingangsgröße eines zweiten Minimalauswahlbloc­ kes 11. Die weitere Eingangsgröße wird gebildet aus einem Wert LAM_MAX, der den maximalen Lambdawert der Brennkraftma­ schine darstellt und einem additiven Korrekturfaktor LAM_MAX_AD. Der maximale Lambdawert LAM_MAX wird einem Kenn­ feld KF2 entnommen, das über der Luftmasse MAF und der Dreh­ zahl N der Brennkraftmaschine aufgespannt ist und dessen Stützstellen durch Prüfstandsversuche ermittelt werden. Die­ ser maximale Lambdawert LAM_MAX kann durch eine Adaption mit­ tels des Korrekturfaktors LAM_MAX_AD gelernt werden. Dazu kann zum Beispiel über eine Messung der Laufunruhe an der Kurbelwelle oder durch eine Auswertung des Brennraumdruckes die Magerlauffähigkeit der individuellen Brennkraftmaschine ermittelt werden. Es folgt dann eine Korrektur des Kennfeld­ wertes für die Magerlauffähigkeit.

Der Minimalwert am Ausgang des Auswahlblockes 11 ist Ein­ gangsgröße für einen Maximalauswahlblock 20 zusammen mit ei­ nem Wert LAM_MIN, der entweder einem Kennfeld lastabhängig entnommen wird oder im einfachsten Fall durch eine Konstante, zum Beispiel LAM_MIN = 0,7 realisiert ist.

Der in der Auswahlstufe 20 ausgewählte Maximalwert wird auf einen der beiden Eingänge einer dritten Schalteinrichtung S3 geführt. Am anderen Eingang dieser Schalteinrichtung liegt eine Lambdaanforderung LAM_TQ an, die beispielsweise aus ei­ nem beliebigen System mit Drehmomentenkoordination, welche den Fahrerwunsch in ein gewünschtes Drehmoment umsetzen, ab­ geleitet wird. Für die Drehmomentenkoordination kann ein be­ liebiges Momentenmodell verwendet werden, das als eine Aus­ gangsgröße einen gewünschten Lambdawert aufweist und das die Umsetzung des Fahrerwunsches in ein effektives Motormoment sicherstellt, welches auf beliebige Art und Weise durch die Stelleingriffe Luftfüllung, Verbrennungsluftverhältnis und Zündwinkel realisiert wird.

Ist eine logische Variable für die Lambdaanforderung LAM_TQ gesetzt, d. h. soll aufgrund des Fahrerwunsches ein entspre­ chendes Solldrehmoment realisiert und deshalb ein entspre­ chender Lambdawert LAM_TQ berücksichtigt werden, befindet sich das Schaltglied der Schalteinrichtung S3 in der mit punktierter Linie eingezeichneten Stellung und der Wert LAM_TQ wird zu einem ersten Eingang eines dritten Minimalaus­ wahlblockes 12 weitergeleitet. Andernfalls wird der Ausgangs­ wert der Maximalauswahlstufe 20 durchgeschaltet.

Die Lambdaanforderung LAM_TQ, welche ein gewünschtes Soll­ drehmoment berücksichtigt, hat damit die höchste Priorität der bisher anliegenden Lambdaanforderungen.

An dem zweiten Eingang des Minimalauswahlblockes 12 liegt der mittels des Adaptionsfaktors LAM_MAX_AD additiv korrigierte, aus dem Kennfeld KF2 ausgelesene maximale Lambdawert LAM_MAX an.

Der in der Stufe 12 ausgewählte Minimalwert ist Eingangsgröße in eine weitere Maximalauswahlstufe 21 zusammen mit dem aus einem Kennfeld ausgelesenen oder als Konstante vorgegebenen Minimalwert LAM_MIN. Die Ausgangsgröße der Maximalauswahlstu­ fe 21 stellt den Lambdasollwert LAM_SOLL dar, der zur Bestim­ mung der Einspritzzeit TI gemäß Fig. 2 herangezogen wird.

Außerdem kann wie in der Fig. 1 in strichlierter Darstellung gezeigt ist, der von der Auswahlstufe 20 ausgewählte Wert ei­ ner nicht näher bezeichneten Vergleichsstelle zugeführt wer­ den, an dem ein Referenzwert LAM_REF anliegt.

Aus der Differenz LAM_DIF dieser beiden Werte wird über eine Kennlinie ein Momentenkorrekturfaktor TQR_LAM_COR bestimmt. Dieser Faktor, der im Bereich von 0....1 liegt, gibt die Ab­ weichung gegenüber dem Referenzmoment durch eine wirksame Lambdaverschiebung an und kann zur Korrektur der Einstellung der Füllung verwendet werden.

Als Referenzwert LAM_REF wird beispielsweise derjenige Wert herangezogen, bei dem die Brennkraftmaschine ihr maximales Drehmoment abgibt. Typische Werte hierfür liegen im Bereich von 0,88-0,92.

Die Fig. 2 zeigt die Grundstruktur, wie der nach dem Verfah­ ren nach Fig. 1 ermittelte Lambdasollwert LAM_SOLL für die Einspritzzeitberechnung weiterverarbeitet wird.

Die Basiseinspritzmasse - dargestellt durch die Basisein­ spritzzeit TIB - wird aus der Luftmasse im Zylinder MAF und einem Faktor TIB_FAC, der vom Mindestluftverhältnis und der Einspritzventilkennlinie abhängig ist, berechnet. Der Wert für die Luftmesse MAF kann dabei mittels eines beliebigen Saugrohrmodells erhalten werden, das als Ausgangsgröße die in den Zylinder einströmende Luftmasse liefert oder durch die Auswertung des von einem im Ansaugtrakt der Brennkraftmaschi­ ne angeordneten Luftmassenmessers erhaltenen Signals.

Mit Hilfe des Kennfeldes KF3 wird abhängig von der Luftmasse MAF und der Drehzahl N der Brennkraftmaschine über einen Fak­ tor ein Lambdabasiswert eingestellt. In diesem Kennfeld sind auch betriebspunktabhängige Feinkorrekturen beinhaltet. Im Kennfeld KF1 dagegen ist nur der Lambdabasiswert ohne Korrek­ turen, d. h. ein betriebspunktabhängig applizierter Lambdawert gespeichert.

Die Korrektur des Lambdabasiswertes auf den Lambdasollwert erfolgt durch die Multiplikation mit dem Basislambdawert und durch Division mit dem Lambdasollwert. Dadurch können Korrek­ turfunktionen wie z. B. eine Abmagerung zur Kraftstofferspar­ nis, eine Anreicherung zur Momentenerhöhung oder eine Anrei­ cherung/Abmagerung in der Warmlaufphase unabhängig vom Basis­ lambda (oder einem Referenzlambda, z. B. Lambdawert bei maxi­ malen indiziertem Moment) auf der Lambdaebene in die Er­ mittlung der Einspritzzeit eingerechnet werden. Das Ergebnis dieser Division wird multiplikativ in die Einspritzzeitberech­ nung einbezogen.

Mit TI_LAM ist ein Faktor bezeichnet, der die multiplikative Lambdakorrektur über die der Vorsteuerung überlagerten Lambdaregelung berücksichtigt.

Weiterhin werden bei der Bestimmung der Einspritzzeit belie­ bige Kraftstoffquellen oder Kraftstoffsenken durch subtrakti­ ve und/oder additive Korrekturgrößen berücksichtigt.

Für den Fall, daß der Kraftstoff mittels eines (Single-Point- Injektion) oder mehrerer Einspritzventile (Multipoint- Injektion) in das Saugrohr der Brennkraftmaschine einge­ spritzt wird, wird der Kraftstoffwandfilm als Kraftstoffquel­ le (bei Wandfilmabbau) oder als Kraftstoffsenke (bei Wand­ filmaufbau) betrachtet. Bei der Bestimmung der Einspritzzeit TI wird dies durch die Korrekturgröße TI_MWF berücksichtigt. Der an den Zylinderwänden haftende Kraftstoffilm wird durch die Korrekturgröße TI_CWF berücksichtigt. Bei einer Brenn­ kraftmaschine mit Direkteinspritzung, bei der Kraftstoff un­ mittelbar in den Brennraum mit hohem Druck eingespritzt wird, muß nur als Wandfilmkorrektur die Größe TI_CWF einbezogen werden.

Kraftstoff, der unverbrannt durch den Zylinder strömt, z. B. im Betriebsbereich Warmlauf, stellt eine Kraftstoffsenke dar und wird bei der Berechnung der Einspritzzeit mit dem Term TI_UF berücksichtigt. Eine weitere Kraftstoffsenke stellt die sogenannte Ölverdünnung dar. Deshalb wird mit dem Term TI_OI berücksichtigt, daß ein wenn auch geringer Teil des Kraft­ stoffes bei kaltem Motor in den Ölkreislauf der Brennkraftma­ schine gelangt.

Mit TI_AD_ADD ist der Einfluß einer additiven Lambdaadaption bezeichnet und mit TI_REAC wird eine Wiedereinsetzkorrektur berücksichtigt.

Eine Kraftstoffquelle stellt das in bestimmten Betriebszu­ ständen bei geöffnetem Tankentlüftungsventil aus dem Aktiv­ kohlebehälter in das Ansaugrohr strömende, mehr oder weniger mit Kraftstoff angereicherte Spülgemisch dar. Diese zusätzli­ che Anreicherung des Verbrennungsgemisches mit Kraftstoff wird additiv mit der Größe TI_CP berücksichtigt.

Eine multiplikative Lambdaadaption, die Langzeitänderungen der Zuordnung Kraftstoffmasse zu Einspritzzeit ausgleichen soll, wird mit dem Faktor TI_AD_FAC eingerechnet.

Effekte, die zu einem geänderten Druckverhältnis am Ein­ spritzventil führen, wie beispielsweise Pulsationen in der Einspritzventilleiste oder die Druckregelung in der Ein­ spritzventilleiste auf konstanten Differenzdruck gegenüber Umgebungsdruck, werden durch eine multiplikative Korrektur berichtigt (Korrekturfaktor TI_FR).

Ein weiteres multiplikatives Korrekturglied ist zur Verstel­ lung der Einspritzzeit bei Abstimmarbeiten vorgesehen. Mit TI_AS erfolgt deshalb eine zylinderindividuelle Einspritz­ zeitkorrektur über das Applikationssystem.

Die von der Spannungsversorgung der Brennkraftmaschine abhän­ gige Einspritzventiltotzeitkorrektur der Einspritzzeit er­ folgt am Ende der Korrekturkette. Um diese batteriespannungs­ abhängigen Anzugszeiten der Einspritzventile auszugleichen, wird deshalb die Einspritzzeit mit der additiven Größe TI_TOTZ verlängert.

Am Ende dieser Korrekturkette steht ein Wert TI für die Ein­ spritzzeit zur Verfügung, welche die in das Saugrohr oder in den Zylinder der Brennkraftmaschine einzubringende, über die Vorgabe des Verbrennungsluftverhältnisses ermittelte Kraft­ stoffmasse darstellt.

Claims (7)

1. Verfahren zum Bestimmen der in das Saugrohr oder in den Zylinder einer Brennkraftmaschine einzubringenden Kraftstoff­ masse über die Vorgabe des Verbrennungsluftverhältnisses auf der Grundlage einer vorgegebenen, zur Verbrennung des Luft- /Kraftstoffgemisches im Zylinder notwendigen Frischluftmasse zum Erzielen eines gewünschten Solldrehmomentes der Brenn­ kraftmaschine, wobei

• 1. in Abhängigkeit der Luftmasse im Zylinder (MAF) und der Drehzahl (N) der Brennkraftmaschine eine Basiseinspritzzeit (TIB) ermittelt wird,
• 2. die Basiseinspritzzeit (TIB) über die Vorgabe eines Lambda­ sollwertes (LAM_SOLL) vorgesteuert wird,
• 3. der Lambdasollwert (LAM_SOLL) durch eine koordinierte Be­ rechnung aus einer Vielzahl unterschiedlicher, von den ver­ schiedensten Betriebzuständen der Brennkraftmaschine abgelei­ teten Lambdaanforderungen ermittelt wird,
• 4. die koordinierte Berechnung des Lambdasollwertes (LAM_SOLL) durch Minimal- (10, 11, 12) und Maximalauswahlen (20, 21) aus den verschiedenen Lambdaanforderungen erfolgt,
• 5. den Lambdaanforderungen unterschiedliche Prioritäten (S1, S2, S3) zugeordnet sind und jeweils nur diejenige Lambda­ anforderung zur weiteren Verarbeitung weitergegeben wird, die die höhere Priorität besitzt und
• 6. die mit dem Lambdasollwert (LAM_SOLL) vorgesteuerte Ein­ spritzzeit (TIB) mit weiteren additiven und/oder multiplika­ tiven Korrekturfaktoren beaufschlagt wird, so daß beliebige Korrekturen des Verbrennungsluftverhältnisses gegenüber einem Referenzwert (LAM_REF) vorgenommen werden können.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Referenzwert (LAM_REF) derjenige Wert herangezogen wird, bei dem die Brennkraftmaschine ihr maximales Drehmoment abgibt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Basislambdawert (LAM_BAS) abhängig von der Luftmasse im Zy­ linder (MAF) und der Drehzahl (N) der Brennkraftmaschine er­ mittelt wird, die Korrektur des Lambdabasiswertes auf den Lambdasollwert (LAM_SOLL) durch die Multiplikation mit dem Basislambdawert und durch Division mit dem Lambdasollwert er­ folgt und das Ergebnis der Division multiplikativ in die Be­ rechnung der Einspritzzeit (TI) einbezogen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein maximaler Lambdawert (LAM_MAX) festgelegt wird, der die Ma­ gerlaufgrenze der Brennkraftmaschine darstellt und mittels Prüfstandsversuche ermittelt wird und der durch eine Adaption mittels eines Korrekturfaktors (LAM_MAX_AD) gelernt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein minimaler Lambdawert (LAM_MIN) festgelegt wird, der in einem Kennfeld lastabhängig gespeichert ist.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein minimaler Lambdawert (LAM_MIN) festgelegt wird, der durch ei­ ne für alle Lastzustände der Brennkraftmaschine gemeinsame Konstante realisiert ist.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus der Abweichung zwischen Lambdasollwert (LAM_SOLL) und Refe­ renzlambdawert (LAM_REF) ein Momentenkorrekturfaktor (TQR_LAM_COR) ermittelt wird, der die Abweichung gegenüber einem Referenzmoment durch eine wirksame Lambdaverschiebung angibt und zur Korrektur der Einstellung der Füllung verwen­ det wird.